基于间断有限元方法的可压缩混合层中大尺度结构和压缩性效应的数值模拟研究

基于间断有限元方法(DGM),对二维和三维、对流马赫数Mc=0.4和0.8的空间发展的可压缩混合层进行了数值模拟,并对混合层中的大尺度结构及压缩性效应进行了研究.重点观察了大尺度结构随压缩性变化的全景图像,文中采用λ2方法定义三维流动中的大尺度结构,流场中能够观察到大尺度的涡结构森林.当前数值模拟表明混合层的湍动能和雷诺应力随对流马赫数的增加而降低,这对RANS和LES模型的建立具有一定的参考意义.本研究也表明,间断有限元方法能够成功地应用于可压缩湍流的数值模拟.     

钛合金贮箱薄壁壳体电子束焊接

在研制大容积钛合金表面张力贮箱的过程中,由于受到焊接工装精度的限制,导致电子束焊缝缺陷,因此贮箱未达到设计爆破压力而发生破裂.通过对焊缝断面的金相分析,改进了焊接前焊缝清洁措施,修改了焊接工艺参数,最终解决了大直径薄壁钛合金壳体的焊接质量问题.     

面向航空复杂薄壁零件智能加工的进化建模方法

航空复杂薄壁零件的材料加工性能差、加工过程的强时变性和多态性(工件的几何、动力学特性,刀具磨损状态在加工过程中变化剧烈)导致建模难度较大.为了提高航空复杂薄壁零件的加工精度,首先根据薄壁零件加工工艺,通过对加工时间进行离散,建立了零件加工过程4维多态模型.针对具体工序模型的演化过程,建立了几何演化模型、动力学演化模型以及刀具磨损演化模型,最后通过误差补偿进化模型建立了整个加工过程的闭环控制,通过迭代学习方法实现了非线性误差的建模.     

基于旋转爆震三维流场结构分析的计算模型对比研究

为了研究不同计算模型对三维旋转爆震数值模拟的影响,分别基于Euler方程、N-S方程、RANS方法和IDDES方法并结合滑移、无滑移壁面边界条件,耦合氢气/空气的有限化学反应速率模型（7组分8基元反应）,采用高分辨率的五阶有限差分格式WENO-PPM5离散对流项,对圆环筒型燃烧室内的三维旋转爆震波进行数值模拟,得到了不同模型下旋转爆震波的流场结构、传播特性和推力性能。对比了不同计算模型对流场结构的影响。当采用滑移壁面边界条件时,Euler方程和N-S方程的计算结果较为一致。当使用无滑移壁面边界条件时,边界层的存在会导致可燃混气与燃烧产物之间接触面上的爆燃燃烧区域沿壁面向上游渗透,增大爆燃区域的范围;且爆震波锋面非受限侧变窄、严重变形,不同计算方法计算的变形程度有所不同。     

非定常来流压力下基于DMD方法的预冷器换热特性

采用大涡模拟方法对非定常来流压力条件下叉排管束预冷器换热特性进行了研究,同时运用动力学模态分解方法对流场主控流动结构进行了识别,探讨了来流压力周期性变化频率对预冷器内部流动、换热性能和熵产的影响。结果表明:来流压力变化频率对预冷器时均和瞬态换热性能影响均不显著,但当来流压力变化频率增大至流场固有频率950 Hz时,流场发生共振,换热性能发生剧烈振荡;管束壁面剪切层运动和绕流脱落涡结构为主控流动结构,其时空演化过程对瞬时换热性能起决定作用;当流场发生共振时,剪切层的生长和演化与来流速度的脉动密切相关,前排管束的绕流涡脱落周期与来流压力/速度变化周期一致,而壁面剪切层的生长周期则为来流压力/速度变化周期的两倍。此外,叉排管束流场的换热熵产决定于主控流动结构,其时空演化特征与主控流动结构演化规律完全一致。     

透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂轴压屈曲分析及试验

对透镜式截面四层铺设薄壁碳纤维增强塑料(CFRP)管空间伸展臂进行轴压载荷试验,得到轴压临界屈曲载荷及屈曲特性。利用有限元模型进行线性特征值屈曲分析,并引入屈曲模态形式作为初始几何缺陷进行非线性屈曲分析,得到轴压下屈曲临界载荷及非线性屈曲特性,并与试验结果进行对比分析。结果表明初始几何缺陷对CFRP管轴压临界载荷影响较大,给CFRP管加入适当的几何缺陷可更有效模拟实际非完善体的屈曲载荷。进而对其材料厚度、层数和铺设角度进行参数分析,得到各参数对轴压临界载荷的影响程度及敏感性,本文对透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂的设计和深入研究具有重要参考价值。     

Spiral eddies in the Baltic,Black and Caspian seas as seen by satellite radar data

Despite spiral eddies were first seen on the sea surface more than 40 years ago, there is still a lot of uncertainty concerning these eddies. The present paper is aimed to provide the comprehensive results on the occurrence and statistics of small-scale eddies in the three inner seas (the Baltic, Black and Caspian) using satellite synthetic aperture radar (SAR) images. The dataset used includes over 2000 medium resolution Envisat ASAR and ERS-2 SAR images obtained in 2009–2010 in the different parts of the seas mentioned. As a result of the analysis performed ∼14,000 vortical structures were detected. 71% of them were visualized due to surfactant films (“black” eddies), while 29% due to wave/current interactions (“white” eddies). Practically all the eddies detected were cyclonically rotating. Their diameter was within 1–20 km. Characteristic size of the “black” eddies in all the basins was discovered to be less than that of the “white” eddies. Characteristic eddy size for the Baltic, Black and Caspian seas proved to be strictly proportional to the values of the baroclinic Rossby radius of deformation typical for these basins. The “black” eddies did not demonstrate a significant connection with the basin- and meso-scale surface circulation of the seas. Most of the “white” eddies detected were attributed to the zones with the most intense drift currents, i.e. those along the western boundaries and (in the Baltic Sea only) in the elongated parts of the basin.     

四端口通流波转子的波系分析

针对用于燃气轮机的四端口通流波转子,首先将通道内部复杂的压力波系简化,建立解析的数学模型,并依据国外的实验结果验证其正确性,最终用该解析模型分析波转子的边界条件、波系结构、性能以及压气机、涡轮、燃烧室的相关参数之间的关系.结果表明:提高波转子的高压空气出口反压可以有效提高波转子压比,这是波转子内部波系整体性增强的结果;合理地设计压气机与涡轮可以优化波转子的性能;波转子与燃烧室的匹配会制约燃烧室的设计,而提高燃烧室的总压恢复系数则有利于波转子压缩效率的提高.      

椭圆三体问题中的时间周期不变流形

借助有限时间Lyapunov指数（FTLE）定义拉格朗日拟序结构（LCS）,并以单摆系统为例阐述LCS与动力系统中不变流形之间的联系.利用LCS研究椭圆限制性三体问题（ER3BP）中的时间周期不变流形的性质.采用数值方法验证得到了两点结论：时间周期不变流形的内部是穿越轨道集,外部是非穿越轨道集;时间周期不变流形是轨道的不变集.     

航空发动机薄壁W形封严环动模外压成形

液压成形是复杂薄壁零件制造的一种有效方法。针对某航空发动机的薄壁高温合金W形封严环构件,提出动模外压成形方法,并建立了有限元模型。基于数值模拟和工艺实验,分析了不同成形阶段的变形规律和压缩失稳的控制机理,在此基础上研究了毛坯成形区高度和型腔液压加载路径等关键工艺参数对零件成形结果的影响,探讨了成形过程中环向失稳起皱、型面不对称、材料堆叠等失效形式,提出了优化的参数。结果表明,提出的工艺方法可实现W形封严环的整体精确成形,采用优化的毛坯成形区高度和液压加载路径可获得成形精度较高、表面平滑无褶皱的试件。